作者：電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院曹華鄧彬

    摘要：介紹了sdram的特點(diǎn)和工作原理，提出了一種基于fpga的sdram控制器的設(shè)計(jì)方法，使用該方法實(shí)現(xiàn)的控制器可非常方便地對(duì)sdram進(jìn)行控制。

    關(guān)鍵詞：sdram；控制器；verilog；狀態(tài)機(jī)

    引言

    在基于fpga的圖象采集顯示系統(tǒng)中，常常需要用到大容量、高速度的存儲(chǔ)器。而在各種隨機(jī)存儲(chǔ)器件中，sdram的價(jià)格低、體積小、速度快、容量大，是比較理想的器件。但sdram的控制邏輯比較復(fù)雜，對(duì)時(shí)序要求也十分嚴(yán)格，使用很不方便，這就要求有一個(gè)專門的控制器，使系統(tǒng)用戶能很方便地操作sdram。為此，本文提出了一種基于fpga的sdram控制器的設(shè)計(jì)方法，并用verilog給于實(shí)現(xiàn)，仿真結(jié)果表明通過該方法設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的控制器可以在fpga芯片內(nèi)組成如圖1所示的sdram接口，從而使得系統(tǒng)用戶對(duì)sdram的操作非常方便。

    sdram簡(jiǎn)介

    sdram器件的管腳分為控制信號(hào)、地址和數(shù)據(jù)三類。通常一個(gè)sdram中包含幾個(gè)bank，每個(gè)bank的存儲(chǔ)單元是按行和列尋址的。由于這種特殊的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，sdram有以下幾個(gè)工作特性。

    ●sdram的初始化

    sdram在上電100～200μs后，必須由一個(gè)初始化進(jìn)程來配置sdram的模式寄存器，模式寄存器的值決定著sdram的工作模式。

    ●訪問存儲(chǔ)單元

    為減少i/o引腳數(shù)量，sdram復(fù)用地址線，所以在讀寫sdram時(shí)，先由active命令激活要讀寫的bank，并鎖存行地址，然后在讀寫指令有效時(shí)鎖存列地址。一旦bank被激活后只有執(zhí)行一次預(yù)充命令后才能再次激活同一bank。

    ●刷新和預(yù)充

    sdram的存儲(chǔ)單元可以理解為一個(gè)電容，總是傾向于放電，因此必須有定時(shí)的刷新周期以避免數(shù)據(jù)丟失。刷新周期可由(最小刷新周期÷時(shí)鐘周期)計(jì)算獲得。對(duì)bank預(yù)充電或者關(guān)閉已激活的bank，可預(yù)充特定bank也可同時(shí)作用于所有bank，a10、ba0和ba1用于選擇bank。

    ●操作控制

    sdram的具體控制命令由一些專用控制引腳和地址線輔助完成。cs、ras、cas和wr在時(shí)鐘上升沿的狀態(tài)決定具體操作動(dòng)作，地址線和bank選擇控制線在部分操作動(dòng)作中作為輔助參數(shù)輸入。由于特殊的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，sdram操作指令比較多，不像sram一樣只有簡(jiǎn)單的讀寫。

    sdram控制器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

    ●總體設(shè)計(jì)框圖和外部接口信號(hào)

    此主題相關(guān)圖片如下：

    sdram控制器與外部的接口示意圖由圖1給出，控制器右端接口信號(hào)均為直接與sdram對(duì)應(yīng)管腳相連的信號(hào)，此處不做介紹�？刂破髯蠖说慕涌谛盘�(hào)為與fpga相連的系統(tǒng)控制接口信號(hào)，其中，clk133為系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)，reset_n為復(fù)位信號(hào)，addr為系統(tǒng)給出的sdram地址信號(hào)，dain是系統(tǒng)用于寫入sdram的數(shù)據(jù)信號(hào)，fpga_rd和fpga_wr為系統(tǒng)讀、寫請(qǐng)求信號(hào)(1為有效，0為無效)，sdram_free是sdram的空閑狀態(tài)標(biāo)示信號(hào)(0為空閑，1為忙碌)，fdata_enable是控制器給系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收發(fā)指示信號(hào)(為0時(shí)，無法對(duì)sdram進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)；為1時(shí)，若是系統(tǒng)讀操作，則系統(tǒng)此時(shí)可從daout接收sdram的數(shù)據(jù)，若是寫操作，則系統(tǒng)此時(shí)可以通過dain發(fā)送數(shù)據(jù)給sdram)。

    此主題相關(guān)圖片如下：

    sdram控制器的結(jié)構(gòu)組成如圖2所示，包括系統(tǒng)控制接口模塊、cmd命令解析模塊、命令響應(yīng)模塊、數(shù)據(jù)通路模塊共四個(gè)模塊。系統(tǒng)控制接口模塊用于接收系統(tǒng)的控制信號(hào)，進(jìn)而產(chǎn)生不同的cmd命令組合；cmd命令解析模塊用于接收cmd命令并解碼成